Thiết kế tuyến truyền dẫn vi ba số TP hà tĩnh đồng lộc luận văn tốt nghiệp đại học

Trêng ®¹i häc vinh Khoa Điện Tử Viễn Thông ===  === ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ TP.HÀ TĨNH -ĐỒNG LỘC GV híng dÉn: TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa SV thùc hiÖn: Trần Thị Thanh Kiên Líp: 47K - §TVT Vinh - 2011 =  = Mục lục 1 Trong hệ thống truyền dẫn thông tin vi ba thường sử dụng hai loại mã là HDB3 và CMI, do vậy ở đây ta chỉ xem xét 2 loại mã này 17 1.8.1 Mã HDB3 17 Mã HDB3 (High Dennsity Binary with maximum of consecutive Zeros) là mã nhị phân lưỡng cực mật độ cao không quá 3 bit 0 liên tiếp [9] .17 Hình 1.4. Dạng sóng HDB3 .17 Quy tắc mã hoá: 18 Mã này khá thông dụng và ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 2,048Mbps; 8,448Mbps; 34,368Mbps theo tiêu chuẩn châu Âu (khuyến nghị G-703) [1]. .18 1.8.2 Mã CMI 18 Mã CMI (Code Mark Inversion) là mã đổi dấu, đây chính là loại NRZ 2 mức .18 Quy tắc mã hoá: 18 .18 Hình 1.5. Mã CMI .18 Mã CMI được ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 140Mbps theo tiêu chuẩn châu Âu (khuyến nghị G-703). .19 Giả sử có 1 sóng mang hình sin như sau: .37 Tuỳ theo tham số được sử dụng để mang tin: có thể là biên độ A, tần số fo, pha ϕ(t) hay tổ hợp giữa chúng mà ta có các kiểu điều chế khác nhau: .37 a) Cơ sở toán học .37 Giả sử tín hiệu sóng mang được biểu diễn: (2.2) 37 Biểu thức tín hiệu băng gốc: s(t) là tín hiệu ở dạng nhị phân (0,1) hay là một dãy NRZ (Non-Return Zero) 37 Khi đó, tín hiệu điều pha PSK có dạng: 38 (2.3) 38 2 Từ biểu thức (2.2), với n = 4, ∆φ = π/2 thì ta có kiểu điều chế 4-PSK hay PSK cầu phương (QPSK). Tín hiệu QPSK có dạng: .38 Tín hiệu băng gốc s(t) là xung lưỡng cực nhận 4 giá trị 38 b) Quá trình điều chế 38 Sơ đồ nguyên lý bộ điều chế QPSK sử dụng một trong 4 pha lệch nhau 90o, được trình bày như Hình 2.2 38 Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu QPSK 38 Tín hiệu băng gốc được đưa vào bộ biến đổi nối tiếp thành song song, đầu ra được hai luồng số liệu có tốc độ bit giảm đi một nửa, đồng thời biến đổi tín hiệu đơn cực thành tín hiệu ±1. Hai sóng mang đưa tới hai bộ trộn làm lệch pha nhau 90o. Tổng hợp tín hiệu đầu ra 2 bộ trộn ta được tín hiệu 4-PSK. Tín hiệu ra ở 2 bộ trộn: .38 ; với a(t) = ±1, b(t) = ±1 .38 Tín hiệu ra 4-PSK là: (2.5) 38 c) Quá trình giải điều chế .39 Sơ đồ giải điều chế QPSK được trình bày như Hình 2.5 .39 39 Giả sử tín hiệu thu được là: .39 39 Với ϕ(t) = nπ/2; n = 0,1,2,3. Và a(t) = ±1, b(t) = ±1 .40 Hai tín hiệu chuẩn vào bộ trộn: .40 Tín hiệu sau khi qua các bộ lọc: .40 2.1.3 Điều chế biên độ cầu phương QAM 40 Điều chế biên độ cầu phương QAM là phương pháp điều chế kết hợp giữa điều chế biên độ ASK và điều chế pha PSK. Trong phương thức điều chế này, ta thực hiện điều chế biên độ nhiều mức 2 sóng mang mà 2 sóng mang này được dịch pha 1 góc 90o. Tín hiệu tổng của 2 sóng mang này có dạng vừa điều biên vừa điều pha: 40 3 Tín hiệu s(t) là tổng của 2 thành phần ss(t) và sc(t) và được biểu diễn như sau: 40 Nhờ có biên độ thay đổi mà các trạng thái pha của sóng mang đã cách xa nhau, do vậy khả năng mắc lỗi sẽ giảm, đây cũng chính là ưu điểm của QAM [1] .40 a) Quá trình điều chế 40 Sơ đồ điều chế QAM được mô tả như Hình 2.6 40 Bộ chuyển đổi SPC chuyển đổi tín hiệu điều chế vào thành m chuỗi tín hiệu nhị phân. Bộ biến đổi 2/L có chức năng chuyển đổi chuỗi nhị phân thành chuỗi tín hiệu có mức. Ta có mối quan hệ giữa m và L mức như sau: m =log2L 41 Ví dụ với L = 4 thì m = 2 và M = 16, ta có điều chế 16-QAM, và với L = 8 thì m =3 và M = 64, ta có điều chế 64-QAM 41 Hình 2.8. Biểu đồ không gian tín hiệu QAM nhiều trạng thái 42 b) Quá trình giải điều chế .42 Sơ đồ giải điều chế QAM được cho như Hình 2.10 42 Tín hiệu M-QAM vào: .42 Tín hiệu chuẩn: và .42 Sau khi loại bỏ thành phần hài bậc cao ở các bộ lọc thông thấp ta sẽ có:42 Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế M-QAM .43 Biên độ của tín hiệu giải điều chế có L = mức, trong đó M là số trạng thái tín hiệu. Tín hiệu L mức được biến đổi bởi bộ biến đổi ADC thành n/2 tín hiệu 2 mức, trong đó L = 2n/2 và M = L2. Với 16-QAM thì n = 4, L = 4 và với 64-QAM thì n = 6, L = 8. Từ n tín hiệu này, bộ biến đổi PSC sẽ tạo nên tín hiệu giải điều chế 43 3.2.8 Các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng tuyến .62 Ba chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá chất lượng tuyến đó là [1]: 62 - Độ không sử dụng đường cho phép (đối với đường trục): 62 Pucf = 0,06L/600 % với L<600km .62 4 Với L [km] 63 ví dụ: L=30km 63 Pucf = 0,06L/600 % = 0,06.30/600 % = 0,003% 63 - Độ không sử dụng được của mạng nội hạt (giá trị cho phép) là 0,0325% (tại mỗi đầu cuối) .63 - Độ không sử dụng được (giá trị cho phép) của hành trình ngược là 0,0225% 63 Mục đích các tính toán chỉ tiêu chất lượng là nhằm xác định xác suất vượt các chỉ tiêu BER, bằng cách sử dụng các giá trị của các xác suất tìm ra trong các tính toán đường truyền .63 Các mục tiêu tỉ lệ lỗi bit BER được sử dụng sao cho BER không được lớn hơn các giá trị sau: 63 Lời nói đầu Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống thông tin khác như thông tin di động, cáp quang, thông tin vệ tinh…, thì thông tin vi ba vẫn tiếp tục đóng vai trò quan trọng và được phát triển ngày càng hoàn thiện với những công nghệ cao đáp ứng được những đòi hỏi không những về mặt kết cấu mà cả về mặt truyền dẫn, xử lý tín hiệu, bảo mật thông tin… Vì vậy, tôi đã chọn đề tài “Thiết kế tuyến truyền dẫn vi ba số TP Hà Tĩnh – Đồng Lộc” làm đề tài tốt nghiệp. Nội dung cuốn đồ án gồm có 4 chương như sau: Chương 1. Trình bày tổng quan về hệ thống vi ba số 5 Chương 2. Trình bày về các phương thức điều chế trong vi ba số và thiết bị vi ba Chương 3. Đi vào thiết kế tuyến vi ba số thực tế từ TP. Hà Tĩnh đến xã Đồng Lộc – Huyện Can Lộc Chương 4. Thiết kế chương trình hỗ trợ cho việc tính toán trong thiết kế tuyến vi ba số Mặc dù tôi đã rất cố gắng nhưng do thời gian làm đồ án có hạn nên cuốn đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định, tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa Điện tử - Viễn thông và các bạn. Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Thị Quỳnh Hoa đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi hoàn thành đồ án này. Đồng thời tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong khoa ĐTVT đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức trong thời gian 5 năm học tại trường Đại học Vinh. Vinh, ngày 16 tháng 5 năm 2011 Sinh viên thực hiện Trần Thị Thanh Kiên 6 Tóm tắt đồ án Với đề tài “Thiết kế tuyến vi ba số” tôi đã trình bày cuốn đồ án này được trình bày thứ tự như sau: Trước hết trình bày về các khái niệm, lịch sử ra đời, đặc điểm, các loại mạng, các chỉ tiêu kỹ thuật, mã truyền dẫn và đưa ra một số ưu nhược điểm của hệ thống vi ba số. Tiếp theo trình bày về cơ sở truyền sóng trong hệ thống vi ba số để làm tiền đề cho quá trình thiết kế tuyến ở phần sau. Một vấn đề quan trọng nữa trong hệ thống vi ba sô là các phương thức điều chế và ra một số thiết bị cũng được trình bày trong cuốn đồ án này. Sau đó, từ những cơ sở lý thuyết trên thì tôi bắt đầu vào khảo sát thiết kế một tuyến vi ba số thực tế từ thành phố (TP) Hà Tĩnh đến xã Đồng Lộc thuộc Huyện Can Lộc tỉnh Hà Tĩnh và đã cho kết quả tuyến hoạt động tốt. Cuối cùng là thiết kế chương trình hỗ trợ cho việc tính toán tuyến vi ba số. 7 Danh sách hình vẽ Hình 1.1. Mô hình hệ thống vi ba số 5 Hình 1.2. Hệ thống vi ba số điểm nối điểm .7 Hình 1.3. Hệ thống vi ba số điểm nối nhiều điểm . 8 Hình 1.4. Dạng sóng HDB3 . 12 Hình 1.5. Phổ tần số vô tuyến và ứng dụng . 14 Hình 1.6. Các phương thức truyền sóng . 17 Hình 1.7. HIện tượng tia sóng cong . 21 Hình 1.8. Các đường sóng từ phía phát đến phía thu 22 Hình 1.9. Phân tập theo không gian sử dụng 4 anten 25 Hình 1.10. Phân tập không gian và tần số sử dụng 3 anten 26 Hình 2.1. Sơ đồ mô tả quá trình điều chế và giải điều chế số 30 Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu QPSK 32 Hình 2.8. Biểu đồ không gian tín hiệu QAM nhiều trạng thái 35 Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế M-QAM . 36 Hình 2.11. Sơ đồ kích thước của một anten Parabol 39 Hình 2.12. Biểu đồ bức xạ của anten Parabol . 41 Hình 3.1. Mặt cắt đường truyền giữa hai trạm A và B 46 Hình 3.2. Mặt cắt nghiêng đường truyền và miền Fresnel thứ nhất 48 Hình 3.3. Xác định độ cao tia B để làm hở một vật chắn . 50 Hình 3.4. Minh họa việc tính độ cao của một anten khi biết độ cao của anten kia . 51 Hình 3.5. Vị trí của các trạm 58 Hình 3.8. Mặt cắt của tuyến TP. Hà Tĩnh – Đồng Lộc 60 Hình 4.1. Lưu đồ thuật toán thiết kế tuyến vi ba số…………………………70 Hình 4.2. Giao diện mở đầu…………………………………………………72 Hình 4.3. Giao diện thiết kế theo dung lượng……………………………….72 Hình 4.4. Giao diện thiết kế theo chất lượng ……………………………… 73 Hình 4.5. Kết quả thiết kế theo dung lượng…………………………………73 Hình 4.6. Kết quả thiết kế theo chất lượng tuyến……………………………74 8 Danh sách bảng biểu Bảng 1.1. Mã truyền dẫn dùng trong vi ba số .17 Bảng 1.2. Kí hiệu và phân chia băng tần theo CCIR . 18 Bảng 1.3. Kết quả thực nghiệm về suy hao do hơi nước – khí hậu theo tần số sóng vô tuyến của Alcatel . 19 Bảng 2.1. Độ lợi của an ten theo hiệu suất và tần số 27 Bảng 2.2. Góc phát xạ theo đường kính anten 44 9 Chương 1. Tổng quan về hệ thống vi ba số 1.1 Khái niệm Vi ba có nghĩa là sóng điện từ có bước sóng cực ngắn. Hệ thống vi ba số là hệ thống thông tin vô tuyến số được sử dụng trong các đường truyền dẫn số giữa các phần tử khác nhau của mạng vô tuyến [1]. Từ vi ba được sử dụng chung cho các hệ thống vệ tinh, di động hay vô tuyến tiếp sức mặt đất, song ở nước ta từ vi ba đã được sử dụng từ trước để chỉ các hệ thống vô tuyến tiếp sức [2]. Thông tin vi ba là một trong những phương tiện truyền dẫn chủ yếu hiện nay bên cạnh thông tin quang và thông tin vệ tinh. Đây là mạng thông tin vô tuyến sử dụng sóng vô tuyến có tần số từ 1 GHz đến 30 GHz và khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn [1]. 1.2 Sơ lược về quá trình phát triển của hệ thống vi ba Thông tin sóng cực ngắn giữa hai điểm bắt đầu xuất hiện vào những năm 30 của thế kỷ XX, tuy nhiên lúc bấy giờ do khó khăn về mặt kỹ thuật nên chỉ làm việc ở dải sóng mét do vậy ưu điểm của thông tin siêu cao tần chưa được phát huy. Năm 1935 đường thông tin vô tuyến tần số đầu tiên được thành lập ở New York và Philadenphia chuyển tiếp qua 6 địa điểm và truyền được 5 kênh thoại. Sau chiến tranh thế giới thứ hai thì thông tin vô tuyến tần số phát triển bùng nổ. Hệ thống viba số bắt đầu được hình thành vào những năm 50 và phát triển mạnh mẽ cùng với sự phát triển của kỹ thuật viễn thông [2] Tại Việt Nam, hệ thống thông tin vi ba đầu tiên được lắp đặt là RVG- 950 vào cuối tháng 6 năm 1969. Đầu năm 1988 hệ thống viba số AWA được đưa vào nước ta. Đến năm 1990 thì hệ thống thiết bị vi ba số, vi ba nhiều kênh đã thay thế hoàn toàn hệ thống RVG-950. 1.3 Mô hình hệ thống viba số 10 . trong vi ba số và thiết bị vi ba Chương 3. Đi vào thiết kế tuyến vi ba số thực tế từ TP. Hà Tĩnh đến xã Đồng Lộc – Huyện Can Lộc Chương 4. Thiết kế chương. Trêng ®¹i häc vinh Khoa Điện Tử Vi n Thông ===  === ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ TP. HÀ TĨNH -ĐỒNG LỘC GV híng dÉn: